שיעור 3 מתוך 5

מצלמות וחיישני תמונה.

כ־30 דקות · 7 שאלות תרגול

למאמר המלא: מצלמות וחיישני תמונה

מצלמה סופרת פוטונים: הצמצם והתריס קובעים כמה אור מגיע לכל פיקסל, ה־ISO רק מגביר את מה שנספר, ומעט פוטונים פירושם גרעיניות.

שלב 1 מתוך 7 · מספר f

בשיעור על עדשות ראיתם איך עדשה יוצרת דמות על מסך. במצלמה המסך הוא חיישן: מיליוני פיקסלים, וכל אחד סופר את הפוטונים שפוגעים בו. בסצנה מצלמה עם עדשה של 50 mm מכוונת אל שבשבת בגינה, ובתרשים שליד הסצנה התמונה שהיא מצלמת.

שלב 1 מתוך 7

מספר f

הצמצם הוא פתח מתכוונן בתוך העדשה. גודלו נכתב כמספר f, רוחק המוקד חלקי קוטר הפתח:

$N = \frac{f}{D}$ ⁠

ככל שמספר ה־f גדול יותר, הפתח צר יותר.

לשאלה

שלב 2 מתוך 7

שתי דרגות

כמות האור שמגיעה לכל פיקסל תלויה בשטח הפתח ובזמן שהתריס פתוח. צלמים מודדים אור בדרגות: כל דרגה היא פי שניים.

לשאלה

שלב 3 מתוך 7

תריס מהיר יותר

מהירות התריס היא הזמן שבו החיישן חשוף לאור. ISO הוא ההגברה של האות שהפיקסלים מדדו.

לשאלה

שלב 4 מתוך 7

לספור פוטונים

פוטונים מגיעים באקראי, כמו טיפות גשם. פיקסל שאמור לספור $N$ ⁠ פוטונים סופר לפעמים קצת יותר ולפעמים קצת פחות, בסטייה של כ־ $\sqrt{N}$ ⁠, וזה הרעש שנראה כגרעיניות. בחיתוך עד הפיקסלים רואים את הפיקסלים ואת המסננים האדום, הירוק והכחול שמעליהם.

לשאלה

שלב 5 מתוך 7

טשטוש תנועה

הגלגל של השבשבת מסתובב פעמיים בשנייה. כל עוד התריס פתוח, הלהבים זזים על החיישן.

לשאלה

שלב 6 מתוך 7

מספר אחד לשניים

צמצם סגור יותר ותריס איטי יותר יכולים לתת אותה כמות אור. צלמים מסכמים כל צירוף במספר אחד.

לשאלה

שלב 7 מתוך 7

לספור את הרעש

בחיתוך עד הפיקסלים רואים את הפוטונים נופלים על הפיקסלים. המספר שכל פיקסל סופר משתנה מעט מתמונה לתמונה, וזה הרעש.

לשאלה

תמונה של הסצנה התלת־ממדית „מצלמות וחיישני תמונה”

סצנה אינטראקטיבית

הגרסה האינטראקטיבית נטענת…

כל שלב מכין לכם את הסצנה, ובקר שמסומן „קבוע” נשאר במקומו בשלב הזה.

לניסוי

תרגול · חשבו

לעדשה רוחק מוקד של 50 mm, והצמצם (מספר f) הוא f/4. מה קוטר הפתח של הצמצם?

לניסוי

תרגול · נבאו, ואז הסתכלו

סוגרים את הצמצם (מספר f) מ־f/4 ל־f/8, והתריס נשאר 1/250 s. כמה אור יגיע לכל פיקסל?

לניסוי

תרגול · הגיעו למטרה

המהירות התריס (s) קבועה על 1/1000, פי ארבעה מהר יותר, כדי להקפיא את הגלגל, והצמצם (מספר f) קבוע על f/4. התמונה כהה מדי. שנו את ה־ISO עד שהבהירות נכונה, ולחצו על בדיקה.

לניסוי

תרגול · נבאו, ואז הסתכלו

עוברים מ־f/4 ו־ISO 100 ל־f/16 ו־ISO 1600, באותו תריס. התמונה בהירה באותה מידה. איך היא תיראה?

לניסוי

תרגול · חשבו

גלגל השבשבת מסתובב פעמיים בשנייה. המהירות התריס (s) קבועה על 1/60. בכמה מעלות מסתובב הגלגל בזמן שהתריס פתוח?

לניסוי

תרגול · חשבו

צמצם (מספר f) על f/8, ומהירות התריס (s) על 1/250. צלמים מסמנים כל צירוף כזה בערך חשיפה אחד, $\mathrm{EV} = \log_2 \dfrac{N^2}{t}$ ⁠. מה ערך החשיפה כאן?

לניסוי

תרגול · חשבו

f/16, 1/250 ו־ISO 1600: התמונה בהירה כמו קודם, אבל פיקסל אפור מקבל רק 256 פוטונים. הרעש הוא $\sqrt{N + r^2}$ ⁠, כאשר $r = 3$ ⁠ הוא רעש הקריאה של החיישן. מה היחס בין האות לרעש, $\dfrac{N}{\sqrt{N + r^2}}$ ⁠?